Основы кибертехнологий: кто был основоположником кибернетики

Кибернетика — молодое направление в науке, появившееся в середине XX века. Несмотря на свой возраст, с развитием информационных технологий оно стало одним из самых перспективных и востребованных. Сегодня методы этой дисциплины применяются в экономике, социологии и других сферах. Кто был в рядах основателей этой науки, кому современное общество обязано ее появлением и развитием?

Немного истории

Термин «кибернетика» в научный оборот ввел французский физик Ампер в 30-х годах XIX века. Согласно определению Ампера, она является наукой об эффективном управлении государством, главная цель которого — обеспечение потребностей его жителей.

Кибернетика как наука зародилась в 1940-е. Она объединила теоретические знания и исследования из нескольких областей:

• машиностроения;
• систем управления;
• логического моделирования;
• теории электрических цепей;
• биологии;
• неврологии.

Несмотря на то, что первым определение дал Ампер, он не тот, кто заложил основы кибернетики. Основателем научного течения считается Норберт Винер, ученый из США. История кибернетики в современном понимании началась в 1948 году, когда была издана работа Винера под одноименным названием, ставшая фундаментом для нового направления в науке.

Вычислительные машины середины XX века отличались низким быстродействием. Норберт Винер, в сферу интересов и исследований которого входили эти машины, сформировал в своем труде общий список требований к ним.

Ученый довольно точно спрогнозировал, как будет развиваться вычислительная техника. В частности, основоположником кибернетики был предсказан переход от десятичной системы к двоичной в вычислительных устройствах.

Он считал это необходимым шагом для увеличения быстродействия ЭВМ, так как двоичная система является более экономичной. Также Норберт Винер настаивал на том, что машины должны быть способны к самообучению и, как следствие, к самостоятельному исправлению допущенных ошибок.

Помимо работы Винера, базовыми для нового научного направления стали труды Уильяма Росса Эшби, Уоррена Мак-Каллока и Уильяма Уолтера. Эти ученые наравне с Винером были теми, кто заложил основы кибернетики.

Современное понимание науки

Впервые термин «кибернетика» в научном контексте был использован в трудах древнегреческих ученых. Под этим словом они понимали искусство чиновника, управляющего городом. Однако ни это определение, ни определение Андре-Мари Ампера, упомянутое выше, не отражает современные представления о ней. В XX веке термин был переосмыслен учеными, поспособствовавшими становлению нового научного направления. Например, Луи Куффиньяль называл ее искусством обеспечения эффективности действия, а Стаффорд Вир — наукой о правильном управлении в какой-либо совокупности.

[stop]Важно! Ученые до сих пор спорят о том, что такое кибернетика. Среди них нет согласия в том, какое определение их науки — наиболее правильное и точное. Самым известным является вариант, предложенный Норбертом Винером.[/stop]

Согласно Винеру, это наука, которая занимается изучением общих закономерностей работы с информацией в сложных системах управления. Она рассматривает четыре основные операции с информацией:

• получение;
• передача;
• хранение;
• модификация.

Кибернетика как наука, зародившаяся на стыке междисциплинарных исследований, нашла обширное применение и в точных видах познания, и в социальной сфере.

Объекты изучения

Эта наука изучает всевозможные управляемые системы, используя понятия кибернетической системы и кибернетического подхода.

Кибернетический подход

Кибернетический подход состоит в замене исходной системы управления изоморфной моделью и дальнейшем изучении этой модели. Чтобы реализовать подход, применяется один из двух методов моделирования: компьютерное или имитационное. Оба метода подразумевают использование принципа «черного ящика». Экспериментатор моделирует внешнюю деятельность рассматриваемой системы, а ее структура, воспроизводящая поведенческие характеристики, остается скрытой.

Кибернетический подход позволяет исследовать несколько видов информационных моделей, отличающихся по запросам:

• ответная реакция системы на воздействие внешних факторов;
• оптимизация характеристик системы относительно функции ценности;
• адаптивное управление;
• прогноз динамики системного преобразования.

Кибернетическая система

Кибернетическая система представляет собой множество взаимосвязанных элементов, способных к приему, обработке, запоминанию и обмену информацией. Основные свойства подобных систем: адаптация, самоорганизация и самообучение с использованием накопленного опыта.

Кибернетика в целом рассматривает любые управляемые системы в абстрактной форме, не учитывая их материальную природу, поэтому системой может являться как вычислительная машина, так и общество либо его отдельные группы.

Направления

Кибернетические методы применяются во многих отраслях:

• Биология. В рамках биологической ветви этой науки исследуются кибернетические системы в организмах. Также ученые решают вопросы передачи генной информации между поколениями живых организмов. В широком смысле биологическая кибернетика занимается исследованием методов моделирования структур и поведения биологических систем.
• Медицина. Кибернетика в медицине помогает диагностировать заболевания при помощи вычислительной техники и используется для создания высокотехнологичных протезов.
• Экономика. Методы данной науки используют для анализа всей экономики и отдельных ее элементов как сложной системы при помощи экономико-математического моделирования.
• Инженерия. Кибернетика в инженерии применяется для анализа масштабных сбоев систем, вызванных мелкими и незначительными ошибками.
• Информатика. В информатике ее методы используют для анализа информации и управления вычислительной техникой.
• Психология. В психологии существует отдельное направление психологической кибернетики, в рамках которого изучается взаимодействие систем анализа, сфер сознания и бессознательного в ходе взаимодействия людей с различными системами, а также между собой. Кроме того, эта дисциплина значительно повлияла на развитие психологии труда и ее подвидов.

Особняком стоит направление чистой кибернетики, в рамках которого происходит понятийное изучение систем управления. Ее главная задача – обнаружение основных принципов таких систем.

[warning]Внимание! Есть известная шутка про университет ядерной кибернетики, однако на данный момент не существует ни такого вуза, ни такого направления, как ядерная кибернетика.[/warning]

Современные достижения и пути развития

Смена ориентиров

Конец XX века стал определяющим периодом для кибернетики как науки. В конце 60-х это направление лишилось поддержки со стороны научного сообщества и столкнулось с проблемой выбора дальнейшего пути развития. Возрождение произошло в 70-х годах, когда биологи занялись разработкой новой кибернетической концепции, применимой для природных организаций и систем, не изобретенных человеком. История кибернетики получила новое направление для развития.

В 1980-х появилась «новая кибернетика», которая изучала взаимодействие политических подгрупп и элементов, создающих структуру политического сообщества. Была выработана новая концепция информации — ее стали рассматривать как нечто, созданное человеком в процессе взаимодействия с окружающей средой. Одной из главных задач новой кибернетики стало разрешение противоречия между микро- и макроанализом. Акцент с управляемой сместился к управляющей системе, а также к межсистемным связям.

Кибертехнологии

Говоря о практических достижениях, нужно отметить появление отдельного направления, которое связано с разработкой и созданием кибернетических организмов. Главным образом кибертехнологии позволили совершить прорыв в медицине и улучшить жизнь людей с тяжелыми травмами и заболеваниями.

Важным этапом в этой сфере стало изобретение и повсеместное применение кохлеарных имплантатов — они позволяют улучшить восприятие звуков у слабослышащих людей. Существуют и глазные электронные имплантаты, но пока что они менее распространены из-за сложности производства и вживления пациентам.

Также кибертехнологии позволили создать бионические протезы — искусственные руки и ноги, принимающие и откликающиеся на сигналы нервной системы, успешно имплантируют пациентам с ампутированными конечностями.

Интересных результатов в нулевые годы добились американские ученые, которые создали управляемых жуков, подключив электроды к нервным узлам насекомых. Таким образом им удалось контролировать полет одного из жуков в течение получаса.

Следующая цель ученых — создание искусственного сердца, которое можно будет использовать в качестве имплантата. В 2011 году врачам удалось вживить подобное сердце пациенту, но после этого он прожил всего месяц. Исследования продолжаются, и ученые полагают, что в будущем достижения в области кибернетики позволят им создать полноценную замену любому человеческому органу.

Чему нас учит кибернетика

 

О науке Кибернетике

Вывод

Кибернетика занимается исследованием систем и при этом сама является открытой системой. Она взаимодействует с десятками других научных направлений и способна к обмену информацией с окружающей средой. Поэтому это научное направление в информационную эру играет важную роль.